unidad iii: taxonomÍa y crecimiento...
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UNIDAD III: TAXONOMÍA Y
CRECIMIENTO BACTERIANO
UNIDAD III: Taxonomía microbiana convencional y
molecular. Crecimiento bacteriano. Determinación de
abundancia y biomasa microbiana. Curva de
crecimiento. Productos microbiológicos de carácter
industrial.
• Concepto de especie y cepa.
• Nomenclatura binomial. Ej. Bacillus
acidocaldarius
TAXONOMÍA: ciencia de la clasificación
Taxonomía
Convencional Molecular
Taxonomía bacteriana convencional
a) Características morfológicas
a) Características morfológicas
Taxonomía bacteriana convencional
b) Tipos de metabolismo
c) Características bioquímicas
d) Condiciones ambientales
e) Sensibilidad a los antibióticos
f) Patogeneidad
g) Relaciones simbióticas
h) Características inmunológicas
i) Hábitat de origen
Taxonomía bacteriana convencional
Taxonomía bacteriana convencional
Manual Bergeys: Claves dicotómicas
Taxonomía molecular
a) Composición de bases del ADN: proporción GC
b) Secuenciación de nucleótidos
c) Hibridación de ADN
Composición de bases del ADN: proporción GC
Márgenes de la composición GC de varios organismos
Secuenciación de nucleótidos
PCR
GCAGCTACCATGACAGTCGAGCGGAGACCGGAGCTTGCTCCTGAATTCAACGGC
GGACGGGTGAGTAATGCCTAGGAATCAGCCTGGTAGTGGGGGACAACGTTTCGA
AAGGAACGCTAATACCGCATACGTCCTACGGGAGAAAGCAGGGGACCTTCGGGC
CTTGCGCTATCAGATGAGCCTAGGTCGGATTAGCTAGTTGGTGAGGTAATGGCTC
ACCAAGGCGACGATCCGTAACTGGTCTGAGAGGATGATCAGTCACACTGGAACT
GAGACACGGTCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGGGAATATTGGACAATGG
GCGAAAGCCTGATCCAGCCATGCCGCGTGTGTGAAGAAGGTCTTCGGATTGTAA
AGCACTTTAAGTTGGGAGGAAGGGTAGTAACTTAATACGTTGCTGTTTTGACGTTA
CCGACAGAATAAGCACCGGCTAACTCTGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACAAAGG
GTGCAAGCGTTAATCGGAATTACTGGGCGTAAAGCGCGCGTAGGTGGTTTGTTAA
GTTGGATGTGAAATCCCCGGGCTCAACCTGGGAACTGCTTTCAAAACTGACGAG
CTAGAGTATGGTAGAGGGTGGTGGAATTTCCTGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGAT
ATAGGAAGGAACACCAGTGGCGAAGGCGACCACCTGGACTGATACTGACACTGA
GGTGCGAAAGCGTGGGGAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCACGCCGT
AAACGATGTCAACTAGCCGTTGGGAGCCTTGAGCTCTTAGTGGCGCAGCTAACG
CATTAAGTTGACCGCCTGGGGAGTACGGCCGCAAGGTTAAAACTCAAATGAATTG
ACGGGGGCCCGCACAAGCGGTGGAGCATGTGGTTTAATTCGAAGCAACGCGAA
GAACCTTACCAGGCCTTGACATCCAATGAACTTTCCAGAGATGGATTGGTGCCTT
CGGGAACATTGACACAGGTGCTGCATGGCTGTCGTCAGCTCGTGTCGTGAGATG
TTGGGTTAAGTCCCGTAACGAGCGCAACCCTTGTCCTTAGTTACCAGCACGTAAT
GGTGGGCACTCTAAGGAGACTGCCGGTGACAAACCGGAGGAAGGTGGGGATGA
CGTCAAGTCATCATGGCCCTTACGGCCTGGGCTACACACGTGCTACAATGGTCG
GTACAAAGGGTTGCCAAGCCGCGAGGTGGAGCTAATCCCACAATACCGATCGTA
GTCCGGATCGCAGTCTGCAACTCGACTGCGTGAAGTCGGAATCGCTAGTAATCG
CGAATCAGAATGTCGCGGTGAATACGTTCCCGGGCCTTTTACACACCGCCCGTC
ACACCATGGGAGTGGGTTGCACCAGAAGTAGCTTAGTGCAACTCTCCGGAGGAC
TGGTTACTC
Secuenciación de nucleótidos
Secuencia del gen 16S ARNr
Hibridación de ADN
Organismos a comparar
Organismo 1 Organismo 2 Organismo 3 Organismo 4
Preparación del ADN
Cortar y marcar radiactivamente
ADN cortado ADN cortado ADN cortado Cortar y marcar
Desnaturalización por calor
Hibridación del ADN Experimento de
hibridación Mezclar ADN de dos organismos y añadir un exceso de ADN no marcado:
ADN hibridado
ADN hibridado
ADN hibridado
ADN hibridado
ADN no hibridado
ADN no hibridado
ADN no hibridado
Porcentaje de hibridación
Resultados e interpretación:
ADN control (misma cepa)
1 y 2 son de la misma especie
1 y 3 son del mismo género
1 y son de distintos géneros
CRECIMIENTO BACTERIANO
Crecimiento de poblaciones
Crecimiento: aumento en el número de células
Crecimiento exponencial Progresión geométrica del número 2
Nú
mer
o d
e cé
lula
s (e
scal
a ar
itm
étic
a)
Nú
mer
o d
e cé
lula
s (e
scal
a lo
garí
tmic
a)
Tiempo (horas)
Tiempo Número de células Tiempo Número de células
N = N0 2n
Log N = log N0 + n log 2
n = log N – log N0
log 2
g = t / n
Cálculos de tiempos de generación
N = número final de células
N0 =número inicial de células
n = número de generaciones
g = tiempo de generación
t = horas o minutos de crecimiento exponencial
Ejemplo:
n= log 1x108 – log 5x107
log2
n=1
Tiempo
Loga
ritm
o d
el n
úm
ero
d
e cé
lula
s
Latencia Exponencial Estacionaria Muerte
Curvas de crecimiento
Fase exponencial
Obtención de gran cantidad de células
Obtención de metabolitos primarios microbianos: moléculas de bajo
peso molecular que tiene lugar durante las fases de crecimiento
exponencial y que contribuyen a la producción de biomasa o energía por
las células.
Ejemplos de productos de interés industrial:
Fertilizantes biológicos
Alcoholes
Aminoácidos
Ácidos orgánicos
Vitaminas
Obtención de metabolitos secundarios microbianos: compuestos
orgánicos sintetizados por el organismo que no tienen un rol directo en el
crecimiento o reproducción del mismo. La ausencia de un metabolito
secundario no le impide la supervivencia.
Fase estacionaria
Ejemplos de productos de interés industrial:
Antibióticos
Toxinas
Tiempo
Loga
ritm
o d
el
nú
mer
o d
e cé
lula
s
Tiempo Lo
gari
tmo
del
n
úm
ero
de
célu
las
Tiempo
Loga
ritm
o d
el
nú
mer
o d
e cé
lula
s
Bacteriostático Bactericida Bacteriolítico
Contaje de células viables
Contaje de células totales
Fase de muerte
Productos microbiológicos de carácter industrial
Producto Microorganismo productor
Antibióticos
Penicilina
Tetraciclina
Penicillium chrysogenum
Streptomyces griseus
Bebidas alcohólicas
Vinos
Cervezas
Saccharomyces ellipsoideus
S. cerevisiae y S. caribergensis
Enzimas
Amilasa bacteriana
Pectinasas
Bacillus subtilis
Aspergillus wentii, A aureus
Ácidos orgánicos
Ácido láctico
Ácido acético (vinagre)
Lactobacillus delbruckii
Gluconobacter suboxidans
Bioinsecticida
Proteína paraesporal
Bacillus thuriginensis
Fertilizantes biológicos
Bradyrhizobium japonicum
Azospirillum spp
Cultivos continuos
Quimiostato
Cultivos continuos
Turbidostato
Efectos ambientales sobre el
crecimiento microbiano
Temperatura
pH
Disponibilidad de agua
Oxígeno
Óptimo
Máximo
Mínimo
Las reacciones enzimáticas
tienen lugar a velocidades
en constante aumento
Las reacciones
enzimáticas tienen lugar
a la máxima velocidad
posible
Desnaturalización
proteica; colapso de la
membrana citoplasmática,
lisis térmica
La membrana se gelifica; el
transporte a través de ella es
tan lento que no hay
crecimiento
Tasa d
e c
recim
ien
to
Temperatura
Efecto de la temperatura sobre la velocidad de
crecimiento y consecuencias moleculares para la célula
Temperatura
Relación entre la temperatura y las velocidades de crecimiento de psicrófilos,
mesófilos, termófilos y dos hipertermófilos diferentes. En cada caso, se indican las
temperaturas óptimas de microorganismos representativos
Psicrófilo
Mesófilo
Termófilo Hipertermófilo Hipertermófilo
Temperatura
pH
Aumenta
la acidez
Aumenta
la
alcalinidad
Acid
ófilo
s
Alc
aló
fidos
Disponibilidad de agua o
actividad de agua
Contenido de agua
Concentración de solutos
Actividad de agua: presión de vapor de la solución
dividida por la presión d evapor del disolvente
Célula normal en solución isotónica Célula plasmolizada en solución
hipertónica
Clasificación de microorganismos en
base a su aw
Oxígeno
Aerobios
Facultativos
Obligados
Microaerófilos
Anaerobios
Aerotolerantes Estrictos
Grupo Relación con el O2 Tipo de metabolismo
Aerobios
Estrictos
Necesario Respiración aerobia
Facultativos No necesario, pero crecen mejor con O2
Respiración aerobia, anaerobia, fermentación
Microaerófilos
Necesario pero a bajas tensiones Respiración aerobia
Anaerobios
Aerotolerantes No necesario, ni crecen mejor con O2
Fermentación
Estrictos Dañino o letal Fermentación o respiración anaerobia
Relaciones microbianas con el oxígeno